摘 要

燃气工程水力等计算软件最新版目前包括24个功能模块，其中管网水力计算收费，其他功能限时免费，通过本站购买可额外获得点数奖励。

管网水力计算

一.功能及特点

 

• 计算枝状燃气管网的水力工况。可计算任意复杂度的枝状管网。

• 计算环状燃气管网的水力工况。可计算多气源，多压力的环状管网。

• 计算速度快。采用了先进的计算核心，计算100个节点的复杂管网只需5秒。

• 结果输出全面，明确。输出的所有压力（中，低压管网）均为kPa表压，用户无须再进行转换，且用户可以将结果另存或打印。

• 可从CAD直接导入数据，可按两种方式导出CAD计算图。

二.使用介绍

本计算表由最上面是基本参数设置，中间是计算表，下面是一些功能按钮。

        1.基本参数设置

        当基本数据表没选择“输入输出”表时，基本参数设置一些燃气性质等参数；运动粘度、燃气密度按实际情况填写，具体请到混合气体计算模块根据当地气质情况计算，一般情况下，运动粘度天然气是14.1，液化气是3.2；密度天然气是0.75，液化气是2.35左右；设计温度按实际情况填写；钢管的当量绝对粗糙度一般是0.2，PE管一般是0.01；局部阻力比例系数一般按照0.05~0.1填写；

        收敛限值是程序迭代时的收敛依据，计算时，当最大误差小于收敛限值时，程序认为计算完成。一般设置为0.01，初算为了加快计算速度，可设置大一点，但是不能大于等于1，可设置为0.99。流速上下限是结果分析用的，超过上限的管段流速将以红色表示，低于流速下限的管段流速将以绿色表示。

        当基本数据表选择了“输入输出”表时，基本参数设置一些CAD输入输出的参数；

        节点输出样式Q/P表示上面显示流量，下面显示压力。管段输出样式 DN-L/Q-EP 表示上面显示为管径-管长，下面显示流量-管段压降。

        输出文字高度、节点圆圈半径、节点网格间距根据实际情况的图纸比例设置，可以先按默认值输出，根据效果再调整。

        读CAD数据时节点手动编号是为了输入时方便手动改编号设置的，一般情况程序会自动给节点编号，如果想自己手动编号，请勾上这个选择框，手动编上节点编号。不推荐手动编号，因为手动编号可能出错或者遗漏。可以先点主程序界面的读取CAD数据，这样程序会给节点编号，然后对个别节点手动修改，避免出错。

        管段标注时管径替代这个功能是为了输出计算图美观设计的，计算的时候，管径一般输入内径，输出的计算图用外径看着直观。替代管径在结果分析右侧设置。

        节点标注带箭头和管段标注箭头居中根据个人爱好设置。

 

2.水力计算表

        本程序中的水力计算由“基本数据”，“管段数据”，“结果分析”和“输入输出”四个表格组成。 蓝色部分是程序计算结果，白色是输入区域，双击可输入数据。

2.1“基本数据”表

        该表中可输入水力计算所必须的燃气性质，管道性质，管网集中流量和区域途泻流量。

        节点：可以是燃气输配系统中任何一点，如气源点、用气点、管道分支点、管道转向点或管道上任意一点。应用节点法作水力计算时，理论上编制的节点越多，计算越准确，但同时数据输入的工作量也就越大，因此往往只把燃气管网上的特征点编为节点。 

        可对管网中任何特征点如气源点、用气点、分支点、变径点等编号，编号为从1开始的自然数，每个节点可编写任意序号，没有次序，但总体上编号必须连续。例如对于有五个节点的管网，编号可以是2，1，3，5，4，但如果编号为1，2，4，5，6，则因没有节点3而无法进行正确的计算。另外注意，输入数据的行中不能出现空行，程序将忽略空行后的所有数据，如果出现空行，应该删除该行。 

        集中流量：一般是指工业或商业用户用气的计算流量，这些用户的用气量能够通过调查明确得出。对于没有集中流量的节点如分支点、变径点、气源点等，无须输入，程序将该节点的集中流量设置为0。 

        区域：及途泻流量区域，是指由若干管段供气的用气区，这样的区域内用户多为民用户后小商业用户，无法详细统计处每一户的位置和用气量，计算时可假定其用气由包围该区域的管段均匀供给。区域可以是封闭的，也可以是敞开的，如矩形区域的四个角节点号为1，2，3，4，区域由所有的管段供气，则区域号一栏输入“1-2-3-4-1”，若管段3-4，4-1不为该区域供气则区域号一栏输入“1-2-3”即可。注意，在输入区域号时可以从区域的任意一角点开始，但节点号要按区域的几何形状顺序输入。 

        区域号"0"表示除过气源外的其他所有管段。可用于全局自动分配流量。

        区域流量是指包含在区域内的用户总用气量。 

2.2“管段数据”表

 在该表中用户需输入所有管段的管长和管径，并可在计算后得到管段流量，压力降等管段计算数据。 

        管段号即管段起终点的节点号，无输入顺序要求，如管段的两个端点节点号分别为2和5则可以输入2  5,也可以输入5 2，且可以以任意管段开始输入，但总体上必须将所有管段数据都输入，如有遗漏程序将不能正常计算，所以建议按节点号从低到高的顺序输入。管段号之间的气流方向是计算结果，输入时不用考虑。 

        管长的单位为千米，管径的单位为毫米。管径为试算值，输入时须初拟管径，理论上初拟管径可为任何值，但实际中为减少试算次数，加快收敛速度，用户应根据经验设定合理的初始值，这样只需要一两次调整不合理管径就能得到合理的水力计算数据。 

   2.3“结果分析”表

左边是对计算结果的一些分析数据，帮助用户进行决策调整。 

        右边是管材统计的数据。管径替代是为了输出的计算图美观设置的，计算是用的内径，输出的计算图如果要输出外径，可在此设置替代管径。

   2.4“输入输出”表

该表主要涉及CAD输入及输出计算图的部分。

        如果管段及节点数据都是手动输入的，那么节点的坐标值一般都还没有，这样可以通过这个表生成模拟的坐标值；在坐标表格填上节点的相对位置，点下方的生成CAD坐标，节点的模拟坐标值即可生成在右侧表格中；

        如果管段及节点数据是从CAD直接读入的，则坐标值一般都在读取CAD数据时一同读入了，不需要再生成模拟坐标值了。

        如果电脑上装有多个版本的CAD，软件是和上一次启动的CAD关联的，如果想和另外一个版本的CAD关联，则将该版本CAD启动一次再关闭，然后使用软件即可。

3.功能按钮区

 

蓝焰”,这个按钮是导入蓝焰2007格式存档的按钮，蓝焰2007也是一款管网水力计算软件，存档也采用XLS格式。

        “导入数据（xls）”,“导出数据（xls）”这两个是导入导出excel文件的按钮，可以将计算结果存下来，方便以后查看。

        “计算”按钮是程序开始平差的按钮，是本程序的核心；

        “清空数据”是为了再次计算快速清除界面数据用的，清空之前，建议先导出数据；基本参数设置区域的数据不会清空；

        “连接CAD环境”，这个按钮是启动CAD作为录入数据用的，CAD启动后，即和程序关联，此时点“读取CAD数据”，符合要求的数据将会读入程序。

        “停止”按钮是是用来中途退出计算用的，有些管网计算，当参数不合适时，很难收敛，此时可以用此按钮退出；

        “强制停止”按钮也是中途退出的，不同的是，强制停止将立即退出当前线程的计算，并丢弃本次未完成的迭代数据，界面结果区域显示的是上次迭代的结果；而点击了停止时，程序会计算完当次迭代才会退出；无论点了“停止”或者“强制停止”，程序将不会校验结果的正确性；

        “转换CAD坐标”可以将输入输出坐标表格的节点相对位置，转化成模拟的CAD坐标，并显示在输入输出表的右边；

        “输出CAD计算图”是绘制计算图用的，点击本按钮，CAD将会启动，并在其中绘出计算图。

三.示例

问题一：单一管段水力计算。如图：

用户用气量为150Nm3/h，低压天然气供气，气源压力2500Pa，普通钢质管道，管长100米，试求需要的管径。

        解:先根据经验初拟管径为DN80，将基本数据输入计算表格

再将管段数据输入计算表格

这样就完成了所有的数据输入，单击主窗口上的“计算”按钮即可得到计算结果

用户可对计算结果进行分析，若觉不符，可将管径的数值进行调整，如将管径调整为100，再进行计算，直到管径符合要求。

        问题二：燃气管网的水力计算。作为一个一般性的示例如图：

 此例中1，4两节点为气源点，且压力不同，各用气点有集中流量，其中区域2-3-6-5-2成环，区域内分布流量为600Nm3/h,求各管段管径。 

        解:根据经验初拟管径为DN100，将基本数据和管段数据输入计算表格；供气区域号“2-3-6-5-2”也可以用“0”代替，因为在本例中，管网规模较小，“0’就表示了除过气源节点外的所有其他区域；

输入管段数据：

 

 单击主窗口上的“计算”按钮即可得到计算结果

        切换到工作表“结果分析”可得到水力计算结果分析数据

        从以上两表可知,管段2-5，6-3的流速和压力降明显太小，因此需减小这些管段的直径，本例将上述管段调整为DN80，调整后的结果为

计算完后切换到输入输出界面，设置相关参数，在左边表格填上节点的相对位置，然后点击 “转换CAD坐标”按钮，右侧会生成CAD的坐标值。如果是从CAD读入的数据，那么坐标已经有了，不需要从表格生成模拟的坐标值。下面这个表格只能表示管网的相对关系，不代表坐标点的实际情况；

然后点击右下角的“输出CAD计算图”按钮,稍等片刻，CAD会自动启动并绘制出计算图：

 

问题三：对问题二所示燃气管道作事故工况分析 

        若气源4停止供气，求燃气管网的水力工况。 

        解：非常简单，只要将管段4-5的管径改为0，重算即可。 

        若管段2-5断开，求燃气管网水力工况。 

        解：只要将管段2-5的管径改为0，将区域号改为2-3-6-5,重算即可。

        问题四：一个管网要做水力计算，管段较多，如何快速输入及避免出错？ 

        解：使用程序的CAD输入功能即可。 先点击程序界面的“连接CAD环境”按钮。稍等片刻，CAD程序会自动启动。

        在CAD中用多段线绘出燃气管段，有节点的地方必须断开，管段的图层名设置为相应的管径。

        在节点的地方插入块，块名为“jdbz”,如果节点是气源时，块的图层设置成气源，标记A填写气源压力，节点不是气源，块的图层设置成节点，标记A填写节点流量；

        节点编号不需要填写，程序会自动编号；

        保证每个节点上有一个jdbz的块，即使节点流量为零，无节点标注的孤立多段线的数据将会被丢弃；

        请按管网的实际情况绘图，管段的长度单位是米；

        一个设置好的CAD管网如下图所示：

 

点程序界面“读取CAD数据”按钮，CAD中的数据将会读入软件，读入的数据分三部分，分别是节点数据（压力或流量）、管段数据（管长、管径）和节点坐标数据；

        然后点击“计算”按钮，程序将计算出结果；

        如果对结果不满意，可以调整管径等参数，可以在原来CAD图上调整，调整完重新读取计算.....也可以直接在程序数据界面修改；

        从CAD读取的数据自带节点坐标，所以管径调整好后可以直接点“输出CAD计算图”按钮，输出计算图。

四.其他说明

        本程序根据《燃气工程设计手册》(严铭卿)的第11章编写，采用的是节点法。 水力摩阻系数采用的GB50028-2006的6.2.6-2条“柯列伯洛克”公式。

        本程序关于CAD读写部分采用的是AutoCAD® ActiveX®接口，由于本接口只为32位CAD系统设计，所以只支持32位的CAD。

        本程序中已考虑中高压气体压缩问题，无须用户手动输入压缩因子。 

        程序设计思想为简约实用，已在实际设计工作中使用多年，效果十分好，数据准确。用户在使用中如有意见和建议，欢迎不吝提出，本程序将不断更新完善。

        本程序借鉴了《蓝焰2007网络版》的界面设计和帮助文件，在此向其作者李其表示感谢。

 

五.参考资料

        1.《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）

        2.《聚乙烯燃气管道工程技术规程》（CJJ63-2008）

        3.《燃气输配》（第三版，中国建筑工业出版社）

        4.《燃气工程设计手册》（中国建筑工业出版社）

        5.《建筑燃气设计手册》（中国建筑工业出版社）

        6.《天然气管道输送》(石油工业出版社)

        7.《燃气管网水力计算研究》(田贯三 刘燕 江亿)

        8.《节点法燃气管网平差计算方法》(冯良 张同 全惠君 周伟国)

        9.《求解病态线性方程组的共轭向量基算法》(郑洲顺 黄光辉)

        10.《计算方法》(机械工业出版社)

        11.《VisualBasic+SQL2000系统开发实录》(电子工业出版社)

        12.《ActiveX 和 VBA 开发人员手册》(Autodesk, Inc.)

 

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